uv-b輻射對(duì)植物的影響__綜述

1、UVB輻射對(duì)植物的影響輻射對(duì)植物的影響姓名：姓名：陳良城專(zhuān)業(yè)：專(zhuān)業(yè)：植物學(xué)學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：s2010002摘要摘要：綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)紫外線(UVB)輻射對(duì)植物影響的研究現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)，討論了增強(qiáng)UVB輻射對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用、植物物質(zhì)代謝、植物抗氧化系統(tǒng)及細(xì)胞膜、UVB輻射與其他因子相互作用對(duì)植物的影響以及UVB輻射對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，展望了UVB輻射對(duì)植物影響領(lǐng)域中值得深入探討的問(wèn)題。介紹了UVB輻射增強(qiáng)對(duì)植物影響的研究進(jìn)展，包括對(duì)植物形態(tài)

2、、生長(zhǎng)、細(xì)胞膜系統(tǒng)、光合作用的影響，植物UVB輻射增強(qiáng)的生理及生態(tài)響應(yīng)，和UVB與其他環(huán)境因子對(duì)植物的復(fù)合作用及今后研究的方向和重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：UVB輻射；生長(zhǎng)發(fā)育；光合作用；影響近幾十年來(lái)，在世界范圍內(nèi)人類(lèi)越來(lái)越關(guān)注自身生存環(huán)境的變化。隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)以及現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，世界環(huán)境的生態(tài)壓力日趨嚴(yán)重，環(huán)境問(wèn)題已成為當(dāng)今世界的幾大熱點(diǎn)問(wèn)題之一。酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞是目前人類(lèi)面臨的三大環(huán)境問(wèn)題。其中，由臭氧層破壞導(dǎo)致

3、的紫外線UVB增強(qiáng)，更是引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的氯氟烴、氧化氮等臭氧損耗物對(duì)平流層的臭氧破壞己成為人類(lèi)面臨的最突出的環(huán)境問(wèn)題之一，平流層臭氧破壞的直接后果就是到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射中的紫外輻射增加。進(jìn)入大氣層的太陽(yáng)紫外輻射依波長(zhǎng)不同可分為三類(lèi)：短波紫外輻射(UVC，200~280nm)，屬滅生性輻射；中波紫外輻射(UVB，280~320nm)，為生物有效輻射；長(zhǎng)波紫外輻射(UVA，320~400nm)，對(duì)生物影響不大。平流層中

4、O3能吸收全部的UVC和90%的UVB輻射。Caldwell試驗(yàn)結(jié)果顯示，臭氧每減少1%，地表的太陽(yáng)UVB輻射將增加2%[1]。預(yù)計(jì)未來(lái)60多年內(nèi)，地表紫外線輻射量將增加4%~20%[2]。地表UVB輻射增強(qiáng)，這對(duì)人類(lèi)健康、動(dòng)植物生長(zhǎng)、生態(tài)系統(tǒng)、生物化學(xué)循環(huán)、材料以及對(duì)流層大氣組成和空氣質(zhì)量等造成多方面的影響和危害。有關(guān)UVB輻射的研究工作已經(jīng)廣泛開(kāi)展，其中以UVB輻射對(duì)植物的生物學(xué)效應(yīng)研究較多，早在20世紀(jì)30年代就引起了國(guó)外科學(xué)家們

5、的注意，70年代以后更是進(jìn)行了大量的研究，而中國(guó)在UVB輻射的生物學(xué)效應(yīng)方面的研究工作起步較晚，研究主要是在90年代以后，現(xiàn)將國(guó)內(nèi)外關(guān)于UVB輻射對(duì)植物影響的研究進(jìn)行綜述。1.UVB輻射對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響輻射對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響Okada等[19]認(rèn)為是由于光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心失活，Brle[20]認(rèn)為是由于抑制了光系統(tǒng)Ⅱ聯(lián)系的電子傳遞；Vu等[21]則認(rèn)為是由于環(huán)式磷酸化解偶聯(lián)作用和RuBP羧化酶活性下降以及類(lèi)囊體膜的破壞等。這些都表現(xiàn)

6、出UVB使光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能效率下降。Teramura等從中國(guó)和東南亞各國(guó)選擇16個(gè)不同品種的水稻進(jìn)行的UVB輻射模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其中13個(gè)品種的凈光合速率和光合產(chǎn)量有不同程度的下降，而其他3個(gè)品種的生物產(chǎn)量反而提高。他們認(rèn)為，這種差異除了與植物的地區(qū)適應(yīng)性或遺傳特性有關(guān)外，與試驗(yàn)的條件如UVB照射的時(shí)間長(zhǎng)短、植物的生長(zhǎng)階段以及光合有效輻射的強(qiáng)度也有關(guān)系。3.UVB輻射對(duì)植物物質(zhì)代謝的影響輻射對(duì)植物物質(zhì)代謝的影響3.1對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響目前

7、，有關(guān)UVB輻射對(duì)蛋白質(zhì)影響的研究主要在蛋白質(zhì)的含量和合成上，而且其研究結(jié)果很不一致。有研究表明UVB輻射會(huì)抑制蛋白質(zhì)的合成，使植物的蛋白質(zhì)含量減少[22]。但也有研究表明UVB輻射促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成，引起植物蛋白質(zhì)含量增加[23]。蛋白質(zhì)含量增加可能是芳香族氨基酸合成加強(qiáng)的結(jié)果，芳香族氨基酸是合成黃酮的前體，而類(lèi)黃酮物質(zhì)有利于保護(hù)植物免遭UVB輻射的傷害。UVB輻射下蛋白質(zhì)含量的增減，決定于輻射強(qiáng)度和不同植物對(duì)UVB輻射的敏感程度。李元

8、等[7]報(bào)道了增強(qiáng)的UVB輻射對(duì)春小麥不同生育期葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響，葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在分孽期、拔節(jié)期和揚(yáng)花期均顯著降低，而在成熟期則顯著增加。據(jù)報(bào)道可溶性蛋白質(zhì)中約有50%為RUBP羧化酶，因此，可溶性蛋白質(zhì)下降會(huì)導(dǎo)致植物光合作用能力下降、葉片可溶性蛋白含量降低，還可能與UVB輻射增強(qiáng)所導(dǎo)致的植物RUBP羧化酶活性下降有關(guān)。3.2對(duì)核酸代謝的影響核酸在UVB輻射波段有較大的吸收，UVB輻對(duì)其有破壞作用。國(guó)外在這方面有較多的研

9、究，國(guó)內(nèi)少見(jiàn)報(bào)道。研究表明，增加的UVB輻射導(dǎo)致植物葉片核酸含量降低，并認(rèn)為這是核酸降解速率增加和核酸合成速率降低共同作用的結(jié)果。UVB輻射還可增強(qiáng)抗氧化基因的表達(dá)，SODs、CATs、AP等保護(hù)酶的轉(zhuǎn)錄水平在短期內(nèi)升高[24]。但UVB輻射降低編碼蛋白質(zhì)尤其是葉綠體中參與光合作用的關(guān)鍵蛋白質(zhì)的mRNA含量，從而影響植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成和光合作用的進(jìn)行[25]。所以，UVB輻射可在復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上影響植物的基因表達(dá)。3.3對(duì)植物色

10、素代謝的影響UVB輻射除了對(duì)葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素的含量有影響外，還會(huì)影響其他植物色素的代謝，特別是抗UV色素的合成，這些色素主要是酚類(lèi)化合物如類(lèi)黃酮、黃酮醇、花色素苷，以及烯菇類(lèi)化合物如類(lèi)胡蘿卜素、樹(shù)脂等，其中類(lèi)黃酮是最主要的吸收物質(zhì)[26]，它在植物對(duì)UVB輻射的吸收中形成了一道理想的天然屏障，可以減少UVB輻射對(duì)植物自身的傷害[27]，并對(duì)葉肉組織起保護(hù)作用[28]。大量研究表明，在UVB輻射下，植物葉片中的UVB吸收物質(zhì)含量會(huì)增加[